Overlapped CDMA system in optical packet networks : resource allocation and performance evalutation

Dans cette thèse, la performance du système CDMA à chevauchement optique (OVCDMA) au niveau de la couche de contrôle d'accès au support (MAC) et l'allocation des ressources au niveau de la couche physique (PRY) sont étudiées. Notre but est d'apporter des améliorations pour des applications à débits multiples en répondant aux exigences de délai minimum tout en garantissant la qualité de service (QoS). Nous proposons de combiner les couches PRY et MAC par une nouvelle approche d'optimisation de performance qui consolide l'efficacité potentielle des réseaux optiques. Pour atteindre notre objectif, nous réalisons plusieurs étapes d'analyse. Tout d 'abord, nous suggérons le protocole S-ALOHA/OV-CDMA optique pour sa simplicité de contrôler les transmissions optiques au niveau de la couche liaison. Le débit du réseau, la latence de transmission et la stabilité du protocole sont ensuite évalués. L'évaluation prend en considération les caractéristiques physiques du système OY-CDMA, représentées par la probabilité de paquets bien reçus. Le système classique à traitement variable du gain (YPG) du CDMA, ciblé pour les applications à débits multiples, et le protocole MAC ±round-robin¿ récepteur/émetteur (R31), initialement proposé pour les réseaux par paquets en CDMA optique sont également pris en compte. L'objectif est d ' évaluer comparativement la performance du S-ALOHA/OY-CDMA en termes de l'immunité contre l'interférence d'accès lTIultiple (MAI) et les variations des charges du trafic. Les résultats montrent que les performances peuvent varier en ce qui concerne le choix du taux de transmission et la puissance de transmission optique au niveau de la couche PRY. Ainsi, nous proposons un schéma de répartition optimale des ressources pour allouer des taux de transmission à chevauchement optique et de puissance optique de transmission dans le système OY-CDMA comme des ressources devant être optimalement et équitablement réparties entre les utilisateurs qui sont regroupés dans des classes de différentes qualités de service. La condition d'optimalité est basée sur la maximisation de la capacité par utilisateur de la couche PHY. De ce fait, un choix optimal des ressources physiques est maintenant possible, mais il n'est pas équitable entre les classes. Par conséquent, pour améliorer la performance de la couche liaison tout en éliminant le problème d'absence d'équité, nous proposons comme une approche unifiée un schéma équitable et optimal pour l'allocation des ressources fondé sur la qualité de service pour des multiplexages temporels des réseaux par paquets en CDMA à chevauchement optique. Enfin, nous combinons cette dernière approche avec le protocole MAC dans un problème d'optimisation d'allocation équitable des ressources à contrainte de délai afin de mieux améliorer le débit du réseau et le délai au niveau de la couche liaison avec allocation équitable et optimale des ressources au niveau de la couche PHY

Bearing estimation techniques for improved performance spread spectrum receivers

The main topic of this thesis is the use of bearing estimation techniques combined with multiple antenna elements for spread spectrum receivers. The motivation behind this work is twofold: firstly, this type of receiver structure may offer the ability to locate the position of a mobile radio in an urban environment. Secondly, these algorithms permit the application of space division multiple access (SDMA) to cellular mobile radio, which can offer large system capacity increases. The structure of these receivers may naturally be divided into two parts: signal detection and spatial filtering blocks. The signal detection problem involves locating the bearings of the multipath components which arise from the transmission of the desired user’s signal. There are a number of approaches to this problem, but here the MUSIC algorithm will be adopted. This algorithm requires an initial estimate of the number of signals impinging on the receiver, a task which can be performed by model order determination techniques. A major deficiency of MUSIC is its inability to resolve the highly–correlated and coherent multipath signals which frequently occur in a spread spectrum system. One of the simplest ways to overcome this problem is to employ spatial smoothing techniques, which trade the size of the antenna array for the ability to resolve coherent signals. The minimum description length (MDL) is one method for determining the signal model order and it can easily be extended to calculating the required degree of spatial smoothing. In this thesis, an approach to analysing the probability of correct model order determination for the MDL with spatial smoothing is presented. The performance of MUSIC, combined with spatial smoothing, is also of great significance. Two smoothing algorithms, spatial smoothing and forward–backward spatial smoothing, are analysed to compare their performance. If SDMA techniques are to be deployed in cellular systems, it is important to first estimate the performance improvements available from applying antenna array spatial filters. Initially, an additive white Gaussian noise channel is used for estimating the capacity of a perfect power–controlled code division multiple access system with SDMA techniques. Results suggest that the mean interference levels are almost halved as the antenna array size doubles, permitting large capacity increases. More realistic multipath models for urban cellular radio channels are also considered. If the transmitter gives rise to a number of point source multipath components, the bearing estimation receiver is able to capture the signal energy of each multipath. However, when a multipath component has significant angular spread, bearing estimation receivers need to combine separate directional components, at an increased cost in complexity, to obtain similar results to a matched filter. Finally, a source location algorithm for urban environments is presented, based on bearing estimation of multipath components. This algorithm requires accurate knowledge of the positions of the major multipath reflectors present in the environment. With this knowledge it is possible to determine the position of a transmitting mobile unit. Simulation results suggest that the algorithm is very sensitive to angular separation of the multipath components used for the source location technique